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Light-emitting diodes LEDs are an attractive alternative to lasers for the use as transmitters in optical short-range communications They are cost-effective and robust against environmental conditions such as varying ambient temperatures However in order to be able to maximize the data rate of an LED-based transmission system detailed knowledge about the signal distortions caused by the electro-optical E O conversion of the LED is required When spectrally efficient modulation formats such as multilevel pulse amplitude modulation M -PAM are used nonlinear signal distortions have a particular importance With the knowledge about these signal distortions modulation formats or signal equalizers could be optimized for the LED-based communication channel In this thesis a system-theoretic description of the LED is derived which is based on a well accepted physical device model and which is capable of predicting linear and nonlinear signal distortions occuring in the E O conversion of the LED The verification is done using lab measurements of real LEDs It is shown that second-order nonlinearities are dominant and that these nonlinearities are strongly dependent on the modulation frequency As an exemplary application it is shown that based on the derived mathematical description of the LED a system inverse may be derived which may be used for signal equalization and is capable of equalizing linear signal distortions as well as frequency dependent second-order nonlinear signal distortions caused by the LED Accordingly it is shown that the performance of an LED-based communication system may be significantly improved with such an equalizer compared to equalization of linear signal distortions only Leuchtdioden LEDs sind als Sender in der optischen Kurzstreckenkommunikation eine attraktive Alternative zu Lasern Sie sind preisg nstig und robust gegen ber u eren Einfl ssen wie zum Beispiel nderungen der Umgebungstemperatur Um die Datenrate einer LED-basierten bertragungsstrecke maximieren zu k nnen ist jedoch ein genaues Verst ndnis der durch die elektro-optische E O Wandlung der LED hervorgerufenen Signalverzerrungen vonn ten Bei der Nutzung von spektral effizienten Modulationsverfahren wie beispielsweise mehrstufiger Puls-Amplituden-Modulation M -PAM kommt hierbei den nichtlinearen Signalverzerrungen eine besondere Bedeutung zu Mithilfe der Kenntnis dieser Signalverzerrungen k nnen beispielsweise Modulationsverfahren oder Signalentzerrer f r die LED-basierte bertragungsstrecke optimiert werden In dieser Arbeit wird basierend auf einem anerkannten physikalischen Modell eine systemtheoretische Beschreibung der LED hergeleitet welche die Vorhersage von linearen und nichtlinearen Signalverzerrungen der E O-Wandlung der LED erlaubt Die Verifikation erfolgt mit Hilfe von Messungen an realen LEDs Es wird dabei gezeigt dass Nichtlinearit ten zweiter Ordnung dominieren und dass diese wiederum stark abh ngig sind von der Modulationsfrequenz Als exemplarische Anwendung dieser LED-Beschreibung wird abschlie end gezeigt dass mithilfe einer darauf basierenden Systeminversen ein an die LED- bertragung angepasster Signalentzerrer definiert werden kann welcher imstande ist lineare Signalverzerrungen und frequenzabh ngige nichtlineare Signalverzerrungen zweiter Ordnung zu kompensieren Entsprechend wird gezeigt dass damit die Performance der LED-basierten Daten bertragung gegen ber einer alleinigen Kompensation von linearen Signalverzerrungen signifikant verbessert werden kann

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Modelling the dynamic behaviour of broadband LEDs for optical communication / Modellierung des dynamischen Verhaltens br...

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